JP4509825B2 - Mobile communication system - Google Patents
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Description
本発明は、列車や車などの移動体内での通信に用いられる移動体通信システムに関し、詳しくは狭帯域通信エリアと広帯域通信エリアが混在する異種複合通信システムにおいてネットワークモビリティに基づいた通信を行う移動体通信システムに関するものである。 The present invention relates to a mobile communication system used for communication in a mobile body such as a train or a car, and more specifically, mobile that performs communication based on network mobility in a heterogeneous composite communication system in which a narrowband communication area and a broadband communication area are mixed. The present invention relates to a body communication system.
従来の列車無線システムでは、無線I/Fには漏洩同軸ケーブル無線(LCX)を使用したデジタル化システムが使用されることが多い。LCXは、通信帯域が現在のブロードバンド環境に比べて小さく、一般的にインターネットアクセスの回線として使用することは難しい状況にあり、業務無線専用に使用されている。 In a conventional train radio system, a digitization system using a leaky coaxial cable radio (LCX) is often used for the radio I / F. LCX has a smaller communication band than the current broadband environment and is generally difficult to use as a line for Internet access, and is used exclusively for business radio.
一方、無線LAN、ミリ波無線システム等の大容量の通信インフラが整備され、これらを列車システム等に適用するための実験が行われている。 On the other hand, large-capacity communication infrastructures such as wireless LANs and millimeter-wave wireless systems have been established, and experiments for applying these to train systems and the like are being conducted.
無線LANの場合には、通信帯域が10Mbps程度(IEEE802.11b)〜54Mbps(IEEE802.11a,g)程度確保されており、インターネットアクセスのインタフェースとして使用可能であるが、1つの無線基地局でカバー出来るエリアが狭い為、高速で移動する列車から1つの無線基地局に通信可能な時間が短い。このため、無線基地局を高密度に連続的に配置した場合でも、頻繁に無線基地局のハンドオーバー(H.O)が発生する問題がある。 In the case of a wireless LAN, the communication band is secured about 10 Mbps (IEEE802.11b) to 54 Mbps (IEEE802.11a, g) and can be used as an interface for Internet access, but it is covered by one wireless base station. Since the area that can be produced is small, the time that can be communicated from a train moving at high speed to one radio base station is short. For this reason, even when radio base stations are continuously arranged with high density, there is a problem that radio base station handovers (HO) frequently occur.
ミリ波無線システムの場合には、通信帯域が数Mbpsから数10Mbps程度確保されており、無線LAN同様にインタネットアクセスのインタフェースとして使用可能であるが、無線LANと同様、1つの無線基地局でカバー出来るエリアが狭い為、高速で移動する列車から1つの無線基地局に通信可能な時間が短く、無線基地局を高密度に連続的に配置した場合でも、頻繁に無線基地局のハンドオーバー(H.O)が発生する問題がある。 In the case of a millimeter-wave wireless system, a communication band of about several Mbps to several tens of Mbps is secured, and it can be used as an Internet access interface like a wireless LAN. Since the area that can be used is small, the time that can be communicated from a high-speed moving train to one radio base station is short, and even when radio base stations are continuously arranged at high density, frequent handovers (H .O) occurs.
列車無線システムにおいては、既設の漏洩同軸ケーブル無線による常時接続可能な通信インフラとは別に新設の無線LAN、ミリ波無線システム等の広帯域通信インフラを常時接続可能とするように線路上に配置することは困難な為、エリアを区切って狭帯域通信インフラおよび広帯域通信インフラを配置したり、駅近くに広帯域通信インフラをスポット的に配置するなど、狭帯域で高速移動に対応可能な無線アクセスと、広帯域で間欠的に配置される無線アクセスとを組み合わせて通信を実現する異種無線の複合環境によるサービスが現実的な方法になる。 In the train radio system, apart from the existing communication infrastructure that can always be connected by leaky coaxial cable radio, a broadband communication infrastructure such as a new wireless LAN, millimeter wave radio system, etc. should be arranged on the track so that it can always be connected. Wireless access that can accommodate high-speed movement in a narrow band, such as placing narrow-band communication infrastructure and broadband communication infrastructure by dividing areas, or placing broadband communication infrastructure in spots near stations, etc. Thus, a service using a complex environment of different types of wireless communication that realizes communication by combining with wireless access that is intermittently arranged in the network becomes a practical method.
このような、異種複合無線システムに関する従来技術として、特許文献1,特許文献2がある。特許文献1においては、低速・広域無線(セルラー)と高速・狭域無線(無線LAN)を持つ複合無線環境において、高速・狭域無線の通信エリア内の場合には高速・狭帯域無線を使用し、高速・狭域無線の通信エリア外で低速・広域無線の通信エリア内の場合は低速・広帯域無線を使用して通信するようにしており、スプーフィング機能を実行するとともに、通信時だけセルラー無線チャンネルを複数チャンネルに割り当てることで、高速且つ広域な無線ネットワークが存在するように見せかけるようにしている。
特許文献2では、2つの無線通信システムを持ち、2つの無線システム間のハンドオーバ実施する場合、事前に接続している無線システム経由でH.O先の無線システムと通信し、ハンドオーバ先のシステム参入情報(要求するサービス、伝送帯域等の各種通信サービス情報、H.O後のMACアドレスやID、暗号化キーなど)を入手するようにしている。
列車無線システムに異種無線システムを適用し、インターネットへの常時接続を実施した場合、低レートの漏洩同軸ケーブル無線だけを常時接続した場合、数10kbps程度のアクセススピードしか得ることが出来ず、複数のユーザが同時使用することは出来ない。また、狭帯域の漏洩同軸ケーブル無線と広帯域の無線LANやミリ波無線システムを併用した場合、狭帯域の無線から広帯域の無線へハンドオーバした際、直ぐにTCP/IPによる通信が高速に使用可能になることは通常のスイッチでは有りえず、ハンドオーバ完了後に徐々に転送レートが上がることになる。 When a heterogeneous radio system is applied to the train radio system and the Internet is always connected, when only a low-rate leaky coaxial cable radio is always connected, an access speed of only about several tens of kbps can be obtained. Users cannot use it at the same time. Also, when a narrowband leaky coaxial cable radio is used in combination with a wideband wireless LAN or millimeter-wave radio system, TCP / IP communication can be used immediately at high speed when handing over from a narrowband radio to a wideband radio. This is not possible with a normal switch, and the transfer rate gradually increases after handover is completed.
このように、狭帯域無線システムと広帯域無線システムを併用する異種無線システムを実現する場合、従来技術では、狭帯域の無線エリアから広帯域の無線エリアへのハンドオーバ後もしばらくの間は転送レートが上がらない為、広帯域無線区間を効率よく使用できないという問題が発生する。この問題は、広帯域無線区間がスポット的に点在する場合、更に効率が悪くなる。 As described above, when realizing a heterogeneous wireless system using both a narrowband wireless system and a broadband wireless system, the conventional technique increases the transfer rate for a while after handover from the narrowband wireless area to the broadband wireless area. Therefore, there arises a problem that the broadband wireless section cannot be used efficiently. This problem is further inefficient when broadband wireless sections are scattered in spots.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、狭帯域無線区間から広帯域無線区間へのハンドオーバの完了後、即座に転送レートが上がるようにすることで、効率よく広帯域無線区間を使用することができる移動体通信システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and uses a broadband wireless section efficiently by increasing the transfer rate immediately after the handover from the narrowband wireless section to the broadband wireless section is completed. An object of the present invention is to obtain a mobile communication system.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、移動体に搭載され、配下に複数の端末を有するモバイルルータと、移動体の移動経路に沿って狭帯域通信エリアが連続的に得られるように配される複数の狭帯域無線基地局と、間欠的な広帯域通信エリアが得られるよう配される複数の広帯域無線基地局と、モバイルルータの移動検出/位置登録を行うとともに外部ネットワークに接続されるホームエージェントとを備え、ネットワークモビリティに基づいた通信を行う移動体通信システムにおいて、移動体位置に基づいて狭帯域通信エリアから広帯域通信エリアへのハンドオーバの直前時点を検出するハンドオーバ事前検出装置を備えるとともに、前記モバイルルータは、上記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号に基づいて、配下の端末からの通信データに対する応答信号を擬似的に端末に返信しかつ配下の端末の通信相手からの応答信号を終端するスプーフィング処理および配下の端末からの通信データをバッファリングしてから出力するバッファリング処理を実行する第1のスプーフィング/バッファリング部備え、前記ホームエージェントは、上記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号に基づいて、前記通信相手からの通信データに対する応答信号を擬似的に通信相手に返信しかつ前記端末からの応答信号を終端するスプーフィング処理および前記通信相手からの通信データをバッファリングしてから出力するバッファリング処理を実行する第2のスプーフィング/バッファリング部を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a mobile router having a plurality of terminals under its control and a narrowband communication area continuously along the moving path of the moving object. A plurality of narrowband radio base stations arranged so as to be obtained, and a plurality of wideband radio base stations arranged so as to obtain an intermittent wideband communication area. In a mobile communication system comprising a home agent connected to a network and performing communication based on network mobility, a handover prior to detecting a time immediately before a handover from a narrowband communication area to a wideband communication area based on the position of the mobile body The mobile router includes a detection device, and the mobile router distributes based on the detection signal of the handover pre-detection device. A response signal for communication data from the terminal of the terminal in a pseudo manner and a spoofing process for terminating the response signal from the communication partner of the subordinate terminal and a buffer for outputting the communication data from the subordinate terminal after buffering The home agent includes a first spoofing / buffering unit that executes ring processing, and the home agent returns a response signal for the communication data from the communication partner to the communication partner in a pseudo manner based on a detection signal of the handover pre-detection device. And a second spoofing / buffering unit for executing a spoofing process for terminating a response signal from the terminal and a buffering process for buffering and outputting communication data from the communication partner. .
この発明によれば、狭帯域通信エリアから広帯域通信エリアへのハンドオーバの直前時点から、モバイルルータおよびホームエージェントにおいて、TCPスプーフィング/バッファリング機能を実行するようにしたので、ハンドオーバーが完了した時点で、転送レートを直ちに広帯域無線の転送レートレベルまで上昇させることが可能となり、これにより広帯域無線エリアを介した通信を効率良く行うことが可能となるという効果を奏する。 According to the present invention, the TCP spoofing / buffering function is executed in the mobile router and the home agent immediately before the handover from the narrowband communication area to the broadband communication area. As a result, it is possible to immediately increase the transfer rate to the wideband wireless transfer rate level, thereby achieving an effect of efficiently performing communication via the wideband wireless area.
以下に、本発明にかかる移動体通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a mobile communication system according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、この発明にかかる移動体通信システムの実施の形態1のシステム構成を示す図である。図1に示す移動体通信システムは、基本的には、モバイルIPのネットワークモビリティ(Network Mobility、NEMO)技術に基づいて動作する。周知のように、モバイルIPは個々の端末が移動検出/位置登録を行うのに対し、NEMOでは、移動するネットワーク(モバイルネットワーク)内のモバイルルータ(MR)がモバイルネットワーク単位での移動検出/位置登録を実行する。
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a first embodiment of a mobile communication system according to the present invention. The mobile communication system shown in FIG. 1 basically operates based on Mobile IP network mobility (NEMO) technology. As is well known, in mobile IP, each terminal performs movement detection / location registration, whereas in NEMO, a mobile router (MR) in a moving network (mobile network) detects movement / location in units of mobile networks. Perform registration.
図1に示す移動体通信システムにおいて、移動体としての列車50には、モバイルルータ(MR)9と、モバイルルータ9に接続される情報端末(モバイルノード:MN)10a,10b,…と、モバイルルータ9に接続される狭帯域無線(例えば、漏洩同軸ケーブル無線)用の無線アダプタ6と、モバイルルータ9に接続される広帯域無線(例えば、無線LAN,ミリ波無線システム)用の無線アダプタ7と、列車位置を測定する列車位置検出装置11とが設けられている。列車位置検出装置11は、GPSによる位置検出情報や列車の速度、接続中の狭帯域無線基地局のIDなどの情報に基づいて列車位置を検出しており、この列車位置情報に基づいて現在位置から広帯域無線通信エリアへ侵入するまでの所要時間を正確に算出している。
In the mobile communication system shown in FIG. 1, a
列車50の移動経路に沿って、複数の狭帯域無線ネットワークが連続して配置されている。5a〜5cは、各狭帯域無線ネットワークの無線基地局である。また、広帯域無線ネットワークがスポットエリアとして間欠的に配置されている。8は、広帯域無線ネットワークの無線基地局である。
A plurality of narrowband wireless networks are continuously arranged along the travel route of the
狭帯域無線ネットワークの無線基地局5a〜5cは、これら無線基地局5a〜5cを収容するアクセスルータ2aに接続されている。広帯域無線ネットワークの無線基地局8は、アクセスルータ2bに接続されている。ホームエージェント(HA)1は、MR9が本来存在するホームネットワーク上におけるホームアドレスとハンドオーバ先での複数の仮のアドレスとの対応関係をMRごとに管理するとともに、MR9がホーム・ネットワークから離れたときにMR9へIPトンネルを使ってパケットを転送する役割などを有する。HA1は、コアのIPネットワーク3に接続されている。4はインタネット上にある通信相手ノード(CN)としてのウェブサーバであり、ウェブサーバ4は、HTTPのリクエストに応じてコンテンツデータをTCPで要求元に送信する。
The
図2は、MR9のプロトコルスタック構成を示すものである。MR9は、プロトコルスタック構成として、TCPスタック100と、ネットワークモビリティ(NEMO)対応のモバイルIPスタック101と、IPスタック102と、列車内用のイーサネットMAC層103と、狭帯域無線用のMAC層104と、広帯域無線用のMAC層105とを具えている。TCPスタック100は、TCPスプーフィング/バッファ機能部106を有している。
FIG. 2 shows a protocol stack configuration of MR9. The MR 9 has a
図3はHA1のプロトコルスタック構成を示すものである。HA1は、プロトコルスタック構成として、TCPスタック120と、ネットワークモビリティ(NEMO)対応のモバイルIPスタック121と、IPスタック122、コアのIPネットワーク3用のイーサネットMAC層123と、モバイルネットワーク用のイーサネットMAC層124とを備えている。TCPスタック120は、TCPスプーフィング/バッファ機能部126を有している。
FIG. 3 shows the protocol stack configuration of HA1. The HA 1 has a
つぎに、図4に示すシーケンス図、図5に示すフローチャートなどに従って本移動体通信システムの動作について説明する。図4は、移動端末(MN)10a、モバイルルータ(MR)9、狭帯域無線用の無線アダプタ(RF#1)6、広帯域無線用の無線アダプタ(RF#2)7、狭帯域無線ネットワークの無線基地局(BS#1)5、広帯域無線ネットワークの無線基地局(BS#2)8、狭帯域無線基地局5を収容するアクセスルータ(AR#1)2a、広帯域無線基地局8を収容するアクセスルータ(AR#2)2b、ホームエージェント(HA)1、ウェブサーバ(CN)4間での信号の流れを示すシーケンス図である。図5はモバイルルータ(MR)9で行われるハンドオーバー(H.O)時のTCPスプーフィング/バッファリングの動作手順を示すものである。
Next, the operation of the mobile communication system will be described with reference to the sequence diagram shown in FIG. 4, the flowchart shown in FIG. 4 shows a mobile terminal (MN) 10a, a mobile router (MR) 9, a wireless adapter (RF # 1) 6 for narrowband wireless, a wireless adapter (RF # 2) 7 for broadband wireless, and a narrowband wireless network. A radio base station (BS # 1) 5, a radio base station (BS # 2) 8 of a broadband radio network, an access router (AR # 1) 2a that accommodates a narrowband
列車が狭帯域無線ネットワークのエリアに入っている通常通信の際は、列車内にある位置登録が完了した情報端末10aがIPネットワーク3上にあるウェブサーバ4にアクセスする場合、情報端末10aからのIPデータはモバイルルータ9でリバーストンネルリング機能を用いてIPトンネル化された後、狭帯域無線アダプタ6、狭帯域無線基地局5、アクセスルータ2aを経由してホームエージェント1へ送信される。ホームエージェント1はモバイルIPトンネルからIPデータを取り出し、ウェブサーバ4へ送信する。一方、ウェブサーバ4からモバイルルータ9へのIPデータは、ホームエージェント1がインターセプトし、IPinIPカプセル化を行ってモバイルルータ9へ転送する。モバイルルータ9は受信後デカプセル化を行い、配下の情報端末10aに転送する。
In the case of normal communication in which the train is in the area of the narrowband wireless network, when the
これらのデータ送信の際、ウェブアクセスの場合、プロトコルとしてTCPが使用される為、応答信号としてのACKが元来た経路を辿って情報端末10に返信される。TCPのウインド制御やフロー制御の内容によって多少ことなるが、基本的にはACKが返信されることで、次のTCPデータがウェブサーバ4に向けて送信されることになる。図2においては、このデータの流れを符号40として示している。
At the time of these data transmissions, in the case of web access, since TCP is used as a protocol, ACK as a response signal is returned to the information terminal 10 along the original route. Depending on the contents of the TCP window control and flow control, basically, the next TCP data is transmitted to the
この時点では、狭帯域無線経由で通信しているので帯域が制限されるため、列車上にある情報端末10はTCPデータを狭帯域無線の伝送レートに合わせて低レートに抑えて通信することになる。同様に、ウェブサーバ4からのTCPデータも、狭帯域無線の伝送レートに合わせ低レートに抑えられて通信することになる。列車上に搭載されている列車位置検出装置11は、常時列車の位置を検出しており、この検出した列車位置、列車の速度および予め記憶している広帯域無線通信エリアの位置情報などを用いて現時点から広帯域無線通信エリアへの侵入までの所要時間を算出している。列車位置検出装置11は、計算している広帯域無線通信エリアまでの侵入時間が予め設定された所定時間に達した時点でモバイルルータ9に対して、図6に示すような、ハンドオーバー事前検出メッセージを送信する(図5、ステップS100)。
At this time, since communication is performed via narrowband wireless, the bandwidth is limited. Therefore, information terminal 10 on the train communicates with TCP data at a low rate according to the transmission rate of narrowband wireless. Become. Similarly, TCP data from the
図6に示すように、H.O事前検出メッセージは、ハンドオーバー事前検出メッセージであることを示すメッセージコード140と、現在の列車の位置情報141と、H.Oまでの所要時間142を含んで構成されている。
As shown in FIG. The O pre-detection message is a
H.O事前検出メッセージを受信したモバイルルータ9は、列車位置情報141をキーとしてモバイルルータ内部で持つデータベースを検索し、これから進入する広帯域無線エリアの伝送レート情報を取り出す(ステップS110)。データベースには、各広帯域無線エリア毎に送信帯域情報としての伝送レートが登録記憶されている。さらに、モバイルルータ9は、この伝送レートと、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、モバイルルータ9が確保しているメモリサイズからIPデータをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点から、配下の情報端末10から送信されてきた通信要求(TCPデータ)に対する応答信号ACKを擬似的に返信するとともに、ウェブサーバ4側からのACK信号を受信終端するTCPスプーフィングと、情報端末10からの通信要求(TCPデータ)をバッファリングするデータバッファリングとを開始する(ステップS120)。
H. The
一方、モバイルルータ9は、列車位置検出装置11から上記H.O事前検出メッセージを受信した時点で、ホームエージェント1に対して、図7に示すような、H.O事前検出メッセージを送信する。図7に示すように、ホームエージェント1へのH.O事前検出メッセージは、ハンドオーバー事前検出メッセージであることを示すメッセージコード150と、ハンドオーバー先の広帯域無線エリアの伝送レート情報151と、変更されたウインドウサイズ情報152を含んで構成されている。ウインドウサイズ情報152とは、スライディングウインドウ方式で一度に受信することができるデータの大きさを云い、ホームエージェント1へのH.O事前検出メッセージ内に、狭帯域通信のときに比べ大きく設定したウインドウサイズ情報を含めて、ハンドオーバーの事前にホームエージェント1に送ることにより、事前に広帯域通信の準備をしておく(ステップS120)。
On the other hand, the
このH.O事前検出メッセージは、狭帯域無線用の無線アダプタ(RF#1)6、狭帯域無線ネットワークの無線基地局(BS#1)5、狭帯域無線基地局5を収容するアクセスルータ(AR#1)2aを経由してホームエージェント(HA)1に転送される。このH.O事前検出メッセージの受信をトリガとして、ホームエージェント1は、ウェブサーバ4から送信されてきた通信要求(TCPデータ)に対する応答信号ACKを擬似的にウェブサーバ4に返信するとともに、情報端末10a側からのACK信号を受信終端するTCPスプーフィングと、ウェブサーバ4からの通信要求(TCPデータ)をバッファリングするデータバッファリングとを開始する。また、ホームエージェント1は、受信したウインドウサイズ情報152に基づいて、モバイルルータ9へ送るデータのウインドウサイズを大きく変更する。
This H. The O pre-detection message includes a wireless adapter (RF # 1) 6 for narrowband wireless, a wireless base station (BS # 1) 5 of a narrowband wireless network, and an access router (AR # 1) that accommodates the narrowband wireless base station 5 ) It is transferred to the home agent (HA) 1 via 2a. This H. Triggered by the reception of the O pre-detection message, the
まず、モバイルルータ9で行われるTCPスプーフィング処理においては、TCPスプーフィングが開始されると、モバイルルータ9は情報端末10aからのTCPデータに対するACKを仮想的に情報端末10に返信する。このACKの返信周期としては、いまからハンドオーバする広帯域無線ネットワークの無線接続時に準じた応答速度で擬似応答するようにする。また、モバイルルータ9は、ウェブサーバ4側から実際に送信されてくるACK信号を受信した際は、このACK信号を配下の情報端末10aに送ることなくモバイルルータ9でACK信号を終端する。
First, in the TCP spoofing process performed by the
このように、モバイルルータ9は、広帯域無線ネットワークの無線接続時に準じた応答速度でACKを擬似応答するようにしているので、情報端末10からモバイルルータ9へのTCPデータの送信間隔は短くなり、情報端末10とモバイルルータ9との間のデータレートは徐々に上がっていく。しかし、この時点では、無線レイヤは、まだ、狭帯域無線を使用している為、実際の伝送レートは上がっておらず、情報端末10とモバイルルータ9間の転送レートと、狭帯域無線ネットワークでの転送レートとの差に対応するデータ分が、モバイルルータ9でのデータバッファリング処理によって貯められることになる。
Thus, since the
ホームエージェント1においても、同様であり、応答信号ACKが広帯域無線ネットワークの無線接続時に準じた応答速度で擬似的にウェブサーバ4に返信されることにより、ホームエージェント1とウェブサーバ4間の転送レートと、狭帯域無線ネットワークでの転送レートとの差に対応するデータ分が、ホームエージェント1でのデータバッファリング処理によって貯められることになる。また、ホームエージェント1からモバイルルータ9に送られるデータは、結果的には、モバイルルータ9で終端されるが、ウインドウサイズが大きくなっている。
The same applies to the
列車が広帯域無線エリアに進入すると、広帯域無線用の無線アダプタ(RF#2)7からH.O要求34がモバイルルータ9へ送信される(ステップS130)。モバイルルータ9はホームエージェント1に対する位置登録更新処理などのモバイルIPの処理を実施して、狭帯域無線アダプタ6から広帯域無線アダプタ7へ送信先を切替える。そして、モバイルルータ9は、バッファしているデータを順番に広帯域無線経由でホームエージェント1へ送信する。なお、バッファが空になるまでは、前述したTCPスプーフィング機能とバッファ機能は動作させる。モバイルルータ9は、バッファが空になった時点で(ステップS140)、TCPスプーフィング機能およびバッファリング機能をオフにし、処理を通常の動作へ戻す(ステップS150)。通常動作へ戻ったトラフィックの流れが、図4の41として示している。
When the train enters the broadband wireless area, the
このように、図2に示すモバイルルータ9内のプロトコルスタック上では、列車内用のイーサネットMAC層103から入ったデータは、TCPスプーフィング機能がONのときは、TCPスプーフィング/バッファリング106を通過してTCP100へ入り、モバイルIPスタック101を経由して、狭帯域無線用のMAC層104または広帯域無線用のMAC層105を通り無線レイヤに送信される。また、TCPの擬似ACKは、TCPスプーフィング106からIP層102を通り列車内用のイーサネットMAC層103へ送信される。
As described above, on the protocol stack in the
一方、ホームエージェント1では、上記位置登録更新処理により、モバイルルータ9が広帯域無線エリアに進入したことを検出する。この検出をトリガとして、ホームエージェント1は、バッファしているデータを、先に変更されたウインドウサイズをもって順番に広帯域無線エリア経由でモバイルルータ9へ送信する。なお、バッファが空になるまでは、前述したTCPスプーフィング機能とバッファ機能は動作させる。ホームエージェント1は、バッファが空になった時点で、TCPスプーフィング機能およびバッファリング機能をオフにし、処理を通常の動作へ戻す。
On the other hand, the
このように、図4に示すホームエージェント1のプロトコルスタック上では、コアのIPネットワーク3用のイーサネットMAC層123から入ったデータは、TCPスプーフィング機能がONのときは、TCPスプーフィング/バッファリング126を通過してTCP120へ入り、モバイルIPスタック121を経由して、モバイルネットワーク用のイーサネットMAC層124を通り送信される。TCPの擬似ACKは、TCPスプーフィング126からIP層122を通りコアのIPネットワーク3用のイーサネットMAC層123へ送信される。
As described above, on the protocol stack of the
次に、図8を用いてTCPスプーフィング+バッファリング機能の有無による、狭帯域無線通信から広帯域無線通信へのH.O時のデータレートの変化について説明する。図8において、実線がTCPスプーフィング+バッファリング機能が有りの場合を、破線が同機能がなしの場合を示している。 Next, a change in the data rate at the time of HO from narrowband wireless communication to wideband wireless communication due to the presence or absence of the TCP spoofing + buffering function will be described with reference to FIG. In FIG. 8, a solid line indicates a case where the TCP spoofing + buffering function is provided, and a broken line indicates a case where the same function is not provided.
図8において、破線で示すTCPスプーフィング/バッファリング機能がない従来技術の場合、狭帯域の無線から広帯域の無線へのH.O完了後、徐々に転送レートが上昇している。これに対し、TCPスプーフィング/バッファリング機能がONの場合には、H.O事前検出した時点から擬似ACKが送信され、TCPデータがバッファリングされているので、破線で示すように、H.O完了後、即座に、データレートが広帯域無線の転送レートレベルまで上昇している。 In the case of the prior art having no TCP spoofing / buffering function indicated by a broken line in FIG. After the completion of O, the transfer rate gradually increases. On the other hand, when the TCP spoofing / buffering function is ON, a pseudo ACK is transmitted from the time when HO is detected in advance, and TCP data is buffered. Immediately after completion of O, the data rate has increased to the broadband wireless transfer rate level.
このように本実施の形態1においては、狭帯域通信エリアから広帯域通信エリアへのハンドオーバの事前時点から、モバイルルータ9およびホームエージェント1において、TCPスプーフィング/バッファリング機能を実行するとともに、事前にウインドウサイズも大きくしておくようにしたので、上記ハンドオーバーが完了した時点で転送レートを直ちに広帯域無線の転送レートレベルまで上昇させることが可能となり、これにより広帯域無線エリアが狭い区間であっても高速で移動する移動体からの広帯域無線エリアを介した通信を効率良く行うことが可能となる。
As described above, in the first embodiment, the TCP spoofing / buffering function is executed in the
また、検出した移動体の位置に基づいてハンドオーバする広帯域通信エリアの伝送レート情報を求め、該伝送レート情報と、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、モバイルルータが確保しているメモリサイズとから通信データをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点からTCPスプーフィング/バッファリング機能を実行させるようにしているので、バッファサイズに応じた適正な時間だけTCPスプーフィング/バッファリング機能を実行させることができる。 Further, the transmission rate information of the broadband communication area to be handed over is obtained based on the detected position of the mobile body, the transmission rate information, the transmission rate of the currently used narrowband radio, and the memory secured by the mobile router The time for which communication data can be buffered is calculated from the size, and the TCP spoofing / buffering function is executed when the bufferable time is reached, so TCP spoofing is performed for an appropriate time according to the buffer size. / The buffering function can be executed.
なお、上記では、ウインドウサイズの変更通知をモバイルルータ9からホームエージェント1に対して行うようにしたが、ホームエージェント1からモバイルルータ9に対してもウインドウサイズの変更通知を送信して、全二重でウインドウサイズを変更させるようにしてもよい。
In the above description, the window size change notification is sent from the
実施の形態2.
つぎに、図9および図10に従って本発明の実施の形態2について説明する。図9は、実施の形態2の移動体通信システムのシステム構成図であり、図1に示す実施の形態1のシステム構成図とほぼ同一の構成であるが、列車内に搭載されている列車位置検出装置11の代わりにIPネットワーク上に列車位置管理サーバ12を配置している。図10は、実施の形態2のシステムの信号の流れを示すシーケンス図である。図10の場合は、列車位置管理サーバ(P−SV)12が前述の事前位置検出メッセージをホームエージェント1およびモバイルルータ9に送信されるように構成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a system configuration diagram of the mobile communication system according to the second embodiment. The system configuration is substantially the same as the system configuration diagram according to the first embodiment shown in FIG. A train
実施の形態2のシステムにおいては、IPネットワーク上にある列車位置管理サーバ12は、ホームエージェント1によるモバイルルータ9の位置登録動作から常に列車の位置情報を把握している。すなわち、列車位置管理サーバ12は、ホームエージェント1からモバイルルータ9の位置登録情報を取得している。列車位置管理サーバ12は、列車が狭帯域無線エリアにおける広帯域無線通信エリアへのハンドオーバ直前の位置に進入したことを検出すると、内部で持つデータベースを検索し、これから進入する広帯域無線エリアの伝送レート情報を取り出す。列車位置管理サーバ12内のデータベースには、各広帯域無線エリア毎に送信帯域情報としての伝送レートが登録記憶されている。
In the system of the second embodiment, the train
そして、列車位置管理サーバ12は、この伝送レートと、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、予め記憶しているホームエージェント1、モバイルルータ9が確保しているメモリサイズからIPデータをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点に、ホームエージェント1およびモバイルルータ9へ、先の図7に示したような、H.O事前検出メッセージを送信する。
Then, the train
これらH.O事前検出メッセージを受信したホームエージェント1およびモバイルルータ9では、実施の形態1と同様の、TCPスプーフィングおよびデータバッファリングを開始する。このようにして、ホームエージェント1においては、情報端末10からの上りデータがバッファリングされ、ホームエージェント1においては、ウェブサーバ4からの下りデータがバッファリングされる。そして、列車が広帯域無線エリアに進入すると、実施の形態1と同様にして、モバイルルータ9は、バッファしているデータを順番に広帯域無線経由でホームエージェント1へ送信するとともに、ホームエージェント1は、バッファしているデータを、順番に広帯域無線エリア経由でモバイルルータ9へ送信する。このような動作およびTCPスプーフィング機能は、バッファが空になるまで実行され、モバイルルータ9およびホームエージェント1は、バッファが空になった時点で、TCPスプーフィング機能およびバッファリング機能をオフにし、処理を通常の動作へ戻す。
These H.P. The
このように実施の形態2においては、ハンドオーバ事前検出装置が前記外部ネットワーク上に列車位置管理サーバ12として存在するようにし、列車位置管理サーバ12は、ホームエージェント1の位置登録動作から検出した移動体の位置に基づいてハンドオーバする広帯域通信エリアの伝送レート情報を求め、該伝送レート情報と、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、モバイルルータが確保しているメモリサイズとから通信データをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点に前記検出信号を出力するようにしている。この実施の形態2においても、狭帯域通信エリアから広帯域通信エリアへのハンドオーバの事前時点から、モバイルルータ9およびホームエージェント1において、TCPスプーフィング/バッファリング機能を実行するとともに、事前にウインドウサイズも大きくしておくようにしたので、上記ハンドオーバーが完了した時点で転送レートを直ちに広帯域無線の転送レートレベルまで上昇させることが可能となり、これにより広帯域無線エリアが狭い区間であっても高速で移動する移動体からの広帯域無線エリアを介した通信を効率良く行うことが可能となる。
As described above, in the second embodiment, the handover pre-detection device is present as the train
以上のように、本発明にかかる移動体通信システムは、狭帯域通信エリアと広帯域通信エリアが混在する異種複合通信システムにおいてネットワークモビリティに基づいて列車や車などの移動体内で通信を行うシステムに有用である。 As described above, the mobile communication system according to the present invention is useful for a system that performs communication in a mobile body such as a train or a car based on network mobility in a heterogeneous composite communication system in which a narrowband communication area and a broadband communication area are mixed. It is.
1 ホームエージェント(HA)
2a,2b アクセスルータ
3 ネットワーク
4 ウェブサーバ
5a〜5c 狭帯域無線基地局
6 狭帯域無線アダプタ
6 狭帯域無線アダプタ
7 広帯域無線アダプタ
8 広帯域無線基地局
9 モバイルルータ(MR)
10,10a,10b 情報端末
11 列車位置検出装置
12 列車位置管理サーバ
50 列車(移動体)
1 Home Agent (HA)
2a,
10, 10a,
Claims (5)
移動体位置に基づいて狭帯域通信エリアから広帯域通信エリアへのハンドオーバの直前時点を検出するハンドオーバ事前検出装置
を備えるとともに、
前記モバイルルータは、
上記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号に基づいて、配下の端末からの通信データに対する応答信号を擬似的に端末に返信しかつ配下の端末の通信相手からの応答信号を終端するスプーフィング処理および配下の端末からの通信データをバッファリングしてから出力するバッファリング処理を実行する第1のスプーフィング/バッファリング部、
を備え、
前記ホームエージェントは、上記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号に基づいて、前記通信相手からの通信データに対する応答信号を擬似的に通信相手に返信しかつ前記端末からの応答信号を終端するスプーフィング処理および前記通信相手からの通信データをバッファリングしてから出力するバッファリング処理を実行する第2のスプーフィング/バッファリング部、
を備えることを特徴とする移動体通信システム。 A mobile router mounted on a mobile unit and having a plurality of terminals under the mobile unit, a plurality of narrowband radio base stations arranged so that a narrowband communication area can be continuously obtained along the moving path of the mobile unit, and intermittent Communication based on network mobility, comprising a plurality of broadband wireless base stations arranged to obtain a general broadband communication area, a home agent connected to an external network, and mobile router movement detection / location registration In a mobile communication system to perform,
A handover pre-detection device that detects a point in time immediately before a handover from a narrowband communication area to a broadband communication area based on a mobile object position;
The mobile router
Based on the detection signal of the handover pre-detection device, a spoofing process for pseudo return of a response signal to communication data from a subordinate terminal to the terminal and termination of a response signal from a communication partner of the subordinate terminal and the subordinate terminal A first spoofing / buffering unit that executes a buffering process for buffering communication data from
With
The home agent, based on the detection signal of the handover pre-detection device, spoofing processing that returns a response signal to the communication data from the communication partner to the communication partner and terminates the response signal from the terminal; A second spoofing / buffering unit that executes a buffering process for buffering communication data from a communication partner and outputting the buffered data;
A mobile communication system comprising:
前記モバイルルータは、前記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号の受信に基づいてハンドオーバする広帯域通信エリアの伝送レート情報を求め、該伝送レート情報と、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、モバイルルータが確保しているメモリサイズとから通信データをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点に前記応答信号を擬似的に通信相手に返信しかつ前記スプーフィング処理および前記バッファリング処理を実行し、
さらに、前記モバイルルータは、前記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号の受信に基づき、ハンドオーバする広帯域通信エリアの伝送レート情報を含む前記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号を前記ホームエージェントに送信することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の移動体通信システム。 The handover pre-detection device is mounted on a mobile object,
The mobile router obtains transmission rate information of a broadband communication area to be handed over based on reception of a detection signal of the handover pre-detection device, and transmits the transmission rate information, a transmission rate of a currently used narrowband radio, The time for which communication data can be buffered is calculated from the memory size secured by the router, and when the bufferable time is reached, the response signal is returned to the communication partner in a pseudo manner, and the spoofing process and the buffer are performed. Perform the ring process ,
Further, the mobile router transmits a detection signal of the handover pre-detection device including transmission rate information of a broadband communication area to be handed over to the home agent based on reception of the detection signal of the handover pre-detection device. The mobile communication system according to any one of claims 1 to 3.
前記ホームエージェントの位置登録動作から検出した移動体の位置に基づいてハンドオーバする広帯域通信エリアの伝送レート情報を求め、該伝送レート情報と、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、モバイルルータが確保しているメモリサイズとから通信データをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点に前記検出信号を出力することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の移動体通信システム。 The handover pre-detection device exists on the external network,
Obtaining transmission rate information of a broadband communication area to be handed over based on the position of the mobile body detected from the location registration operation of the home agent, the transmission rate information, the transmission rate of the currently used narrowband radio, and the mobile router 4. The communication data buffering time is calculated from the memory size secured by the first and second detection signals are output when the buffering time is reached. The mobile communication system according to one.
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